Nanoparçacık katkılı epoksi esaslı yapıştırıcıların mekanik ve termal özelliklerinin araştırılması

T.C.

NECMETTİN ERBAKAN ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Nanoparçacık Katkılı Epoksi Esaslı Yapıştırıcıların Mekanik ve Termal

Özelliklerinin Araştırılması

Yasin ÖZDEMİR YÜKSEK LİSANS TEZİ

Eylül-2018 KONYA Her Hakkı Saklıdır

TEZ KABUL VE ONAYI

Yasin ÖZDEMİR tarafından hazırlanan “Nanoparçacık Katkılı Epoksi Esaslı Yapıştırıcıların Mekanik ve Termal Özelliklerinin Araştırılması” adlı tez çalışması …/…/… tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oy birliği / oy çokluğu ile Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı’nda YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir.

Jüri Üyeleri İmza

Başkan

Unvanı Adı SOYADI ………..

Danışman

Doç.Dr.Necati ATABERK ………..

Üye

Unvanı Adı SOYADI ………..

Yukarıdaki sonucu onaylarım.

Prof. Dr. Ahmet AVCI FBE Müdürü

TEZ BİLDİRİMİ

Bu tezdeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edildiğini ve tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm.

DECLARATION PAGE

I hereby declare that all information in this document has been obtained and presented in accordance with academic rules and ethical conduct. I also declare that, as required by these rules and conduct, I have fully cited and referenced all material and results that are not original to this work.

İmza Yasin ÖZDEMİR

ÖZET

YÜKSEK LİSANS TEZİ

Nanoparçacık Katkılı Epoksi Esaslı Yapıştırıcıların Mekanik ve Termal Özelliklerinin Araştırılması

Yasin ÖZDEMİR

Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı

Danışman: Doç.Dr.Necati ATABERK

2018, 97 Sayfa Jüri

Doç.Dr.Necati ATABERK Prof.Dr.Ahmet AVCI Prof.Dr.Ömer Sinan ŞAHİN

Bu çalışmada, nanoparçacık katkılı epoksi esaslı yapıştırıcıların termal ve mekanik özellikleri araştırılmıştır. Bu amaçla, yapıştırılan malzeme olarak Al 2024-T3 levha kullanılmıştır. Oluşturulan bağlantıların kayma ve çekme dayanımları incelenmiştir. Nanoparçacık katkılı epoksi esaslı yapıştırıcıların mekanik özellikleri belirlenirken, deneyler tek taraflı bindirmeli bağlantısı ASTM D1002-10 standartına uygun gerçekleştirilmiştir. Bu işlemlerin yapılması için sırasıyla alüminyum plakaların yüzey temizliği, yapıştırıcı malzemenin oluşturulması, yapıştırma işleminin yapılması ve çekme dayanımlarının ölçülmesi için çekme numunelerinin kalıplara dökülmesi işlem maddeleri uygulanmıştır. Öncelikle epoksi esaslı grafen katkılı ve epoksi esaslı karbon nanotüp katkılı yapıştırıcılar incelenmiştir. Burada bulunan optimum değerler kullanılarak üretilen epoksi esaslı grafen ve karbon nanotüp katkılı yapıştırıcılar incelenmiş ve en iyi değeri veren yapıştırıcı numunesi elde edilmeye çalışılmıştır. Bu işlemler uygulandıktan sonra bulunan en iyi numuneye değişik oranlarda gümüş nanoparçacıklar eklenmiştir ve en iyi orandaki yapıştırıcı belirlenmeye çalışılmıştır. Grafen, karbonnanotüp ve gümüş nanoparçacık katkılı epoksi bazlı üretilen en iyi yapıştırıcıya değişik oranlarda bakır nanoparçacıklar eklenmiştir ve en iyi yapıştırıcı belirlenmiştir. Deneylerin güvenilirliği açısından her numuneden beşer (5) adet üretilmiştir. Oluşturulan numunelerin taramalı elektro mikroskopi (SEM) görüntüleri ile morfolojik yapı ve çaplar analizi yapılmıştır. Üretilen yapıştırıcı numunelerden alınan örnekler ile yapıştırıcı numunelerin termal özelliklerini araştırmak için Thermogravimetric Analiz (TGA) ve Diferansiyel Termal Analiz (DTA) testleri uygulanmıştır. DTA testi ile üretilmiş yapıştırıcı numunelerinin camsı geçiş sıcaklığı (Tg), erime sıcaklığı (Tm) elde edilmiştir. TGA testleriylede üretilen numunelerin kütle kaybına oranla bozunma sıcaklıkları elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Epoksi, Grafen, Karbon nanotüp, Gümüş Nanoparçacık, Bakır Nanoparçacık

ABSTRACT

MS THESIS

Investigation of Mechanical and Thermal Properties of Nanoparticles-Reinforced Epoxy Based Adhesives

Yasin ÖZDEMİR

THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF NECMETTİN ERBAKAN UNIVERSITY

THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE IN MECHANICAL ENGINEERING Advisor: Assoc.Prof.Dr.Necati ATABERK

2018, 97 Pages Jury

Assoc.Prof.Dr.Necati ATABERK Prof.Dr.Ahmet AVCI Prof.Dr.Ömer Sinan ŞAHİN

In this study, thermal and mechanical properties of epoxy adhesive doped nanoparticles were investigated. For this purpose, Al 2024-T3 plate was used as adhesive material. The shear and tensile strengths of the created bondings are examined. While determining the mechanical properties of nanoparticle-doped epoxy based adhesives, the experiments were carried out in accordance with ASTM D1002-10, single lap sheared connection. In order to carry out these processes, surface treatment of aluminum plates, formation of adhesive materials, bonding process and drawing casting of tensile samples to measure tensile strength were applied respectively. First, epoxy based graphene additive and epoxy based carbon nanotube additive adhesives were investigated. The epoxy based graphene and carbon nanotube additive adhesives produced using the optimum values found here were examined and tried to obtain the best value adhesive sample. After these processes were applied, silver nanoparticles were added at different ratios to the best sample found, and the best adhesive was tried to be identified. Copper nanoparticles were added at various ratios to the best adhesive produced with graphene, carbon nanotube and silver nanoparticle doped epoxy base, and the best adhesive was identified. Five (5) samples were produced from each sample for the reliability of the experiments. Morphological structure and diameters of the formed samples were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) images. Thermogravimetric analysis (TGA) and Differential Thermal Analysis (DTA) tests were applied to investigate the thermal properties of the adhesive samples with samples taken from the adhesive samples produced. The glass transition temperature (Tg) and melting temperature (Tm) of the adhesive samples produced by the DTA test were obtained. Decomposition temperatures of the samples produced in the TGA tests were obtained with respect to mass loss.

ÖNSÖZ

Lisans eğitimi ile başladığım üniversite hayatımda öğrenmiş olduğum bilgi ve tecrübeleri bir araya getirerek öncelikli olarak mensubu olduğum Türk Hava Kuvvetlerinin ihtiyacı olabilecek herhangi bir konuda üretileni tekrarlamak yerine yeniyi üretmek amacıyla yaptığım yüksek lisans eğitimi çalışmalarımın sonuna gelmiş bulunmaktayım. Bu süreçte üzerinde çalışmış olduğum her konunun hakkını vermek için bütün enerjimi çalıştığım konulara harcayıp hiçbirini önemsiz bulmayıp, elimden gelenin en iyisini yapmaya çalıştım. Bu anlayış ile başladığım yüksek lisans eğitimim sürecinde, yollarımızın çok geç keşiştiğini düşündüğüm, kendisinden hem hayat görüşü olarak hem de çalışma anlayışı olarak bir çok değerler öğrenip bunları uygulayışıyla kendime rol model aldığım, benim için bir öğretim görevlisi, bir tez danışmanından öte olarak gördüğüm değerli hocam Doç.Dr.Necati ATABERK’e teşekkürü bir borç bilirim. Yüksek lisans eğitimim sırasında her türlü bilgi alışverişinde bulunabildiğim Dr.Öğr.Üyesi Mürsel EKREM ve Arş.Grv. İlker GÖKTEPELİ’ye teşekkürlerimi sunarım.

Eğitim hayatım boyunca her zaman yanımda olarak benden hiçbir desteklerini esirgemeyen kıymetli babam Halis ÖZDEMİR, biricik annem Remziye ÖZDEMİR ve diğer canım aile üyelerime teşekkürlerimi ve şükranlarımı sunarım.

Son olarak, hayatıma anlam katan, her zaman yanımda olan, her derdimi dinleyip her zaman beni önemseyen kıymetli eşim, hayat arkadaşım ve en iyi dostum Esra ÖZDEMİR’e teşekkür ederim. Yüksek lisans eğitimim sürecinde biraz ihmal ettiğimi düşündüğüm gözümün nuru, minicik yavrum Halis Demir ÖZDEMİR’e de özürü bir borç bilir güzel bir gelecek ve bilimin ışığı altında geçecek bir hayat dilerim.

Yasin ÖZDEMİR KONYA-2018

İÇİNDEKİLER ÖZET ... 9 ABSTRACT ... 10 ÖNSÖZ ... 13 İÇİNDEKİLER ... 15 SİMGELER VE KISALTMALAR ... 17 1. GİRİŞ ... 18 2. KAYNAK ARAŞTIRMASI ... 21 3. MATERYAL VE YÖNTEM ... 29

3.1. Çalışmada Kullanılan Malzemeler ve Özellikleri ... 30

3.1.1. Yapıştırıcı ... 30

3.1.2. Yapıştırılan malzeme (Al 2024-T3) ... 32

3.1.3. Grafen ... 32

3.1.4. Karbon nanotüp ... 34

3.1.5.Gümüş nanoparçacık ... 35

3.1.6. Bakır nanoparçacık ... 36

3.2. Yapıştırma, Yapıştırıcı Bağlantıları ve Yapıştırıcıların Kuramsal Temelleri ... 37

3.2.1. Yapıştırma ... 37

3.2.2. Yapıştırma bağlantıları ... 38

3.2.3. Yapıştırma bağlantılarında oluşan gerilmeler ... 39

3.2.5. Yapıştırıcılara ilave edilen katkı maddeleri ... 43

3.2.6. Yapıştırmayı etkileyen faktörler ... 43

3.3. Analitik Yaklaşımlar ... 45

3.3.1. Tek taraflı bindirmeli bağlantılar ... 45

3.4. Yapıştırma Bağlantı Numunelerinin Yüzeylerinin Hazırlanması ... 48

3.5. Nano Yapıştırıcının Hazırlanması ... 53

3.6. Tek Taraflı Bindirmeli Bağlantıların Yapıştırılması ... 54

3.7. Çekme Numunelerinin Üretilmesi ... 55

4. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA ... 57

4.1. Yapıştırıcıların TGA ve DTA Sonuçları ... 57

4.1.1. Grafen katkılı epoksi yapıştırıcının TGA ve DTA sonuçları ... 60

4.1.2. KNT katkılı epoksi yapıştırıcıların TGA ve DTA sonuçları ... 62

4.1.3. Grafen ve KNT katkılı epoksi yapıştırıcıların TGA ve DTA sonuçları ... 63

4.1.4.Grafen, KNT ve gümüş nanoparçacık katkılı epoksi yapıştırıcıların TGA ve DTA sonuçları ... 69

4.1.5. Grafen, KNT, gümüş ve bakır nanoparçacık katkılı epoksi yapıştırıcıların TGA ve DTA sonuçları ... 71

4.2. Tek Taraflı Bindirmeli Bağlantılarının Kayma Dayanım Testleri ... 73

4.2.2. KNT katkılı yapıştırıcıların kayma testleri ... 75

4.2.3. Grafen ve KNT katkılı yapıştırıcıların kayma testleri ... 77

4.2.4. Grafen, KNT ve gümüş nanoparçacık katkılı yapıştırıcıların kayma testleri 80 4.2.5. Grafen, KNT, gümüş nanoparçacık ve bakır nanoparçacık katkılı yapıştırıcıların kayma testleri ... 82

4.3. Çekme Numunelerinin Test Sonuçları ... 83

4.3.1. Grafen katkılı yapıştırıcıların çekme testleri ... 83

4.3.2. KNT katkılı yapıştırıcıların çekme testleri ... 85

4.3.3. Grafen ve KNT katkılı epoksi esaslı yapıştırıcıların çekme testleri ... 86

4.3.4.Grafen, KNT ve gümüş nanoparçacık katkılı yapıştırıcıların çekme testleri 89 4.3.5. Grafen, KNT, gümüş nanoparçacık ve bakır nanoparçacık katkılı yapıştırıcıların çekme testleri ... 91

4.4. Kırılma Yüzeyleri SEM Görüntüleri ... 92

4.4.1. Tek taraflı bindirmeli bağlantıların kırılma yüzeyi SEM görüntüleri ... 92

4.4.2.Çekme numuneleri kırılma yüzeyi SEM görüntüleri ... 97

5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER ... 101

KAYNAKLAR ... 107

SİMGELER VE KISALTMALAR Simgeler ° : Derece °C : Santrigrat Derece K : Kelvin µm : Mikrometre mm : Milimetre nm : Nanometre g : Gram mg : Miligram Ra : Ortalama Yüzey Pürüzlülüğü (µm)

w : Yapıştırılan Malzemenin Kalınlığı(mm)

L : Üst üste Bindirme Uzunluğu (mm) π : Pi Sayısı

ρ : Yoğunluk

τ : Kayma Dayanımı (MPa)  : Çekme Dayanımı (MPa) Pa : Pascal (N/m2)

 : Kayma Birim Şekil Değiştirmesi (mm/mm)  : Birim Şekil Değiştirme

G : Yapıştırıcının Kayma Modülü Akayma : Yapıştırıcının Kayma Alanı (m2)

P : Uygulanan Kuvvet mW : Miliwatt mJ : Mili Joule Kısaltmalar DC : Doğru Akım Al : Alüminyum

ASTM : American Society for Testing and Materials MWCNT: Multiwalled Carbon Nanotube

TCKNT: Tek Cidarlı Karbon Nanotüp ÇCKNT: Çok Cidarlı Karbon Nanotüp TTBB : Tek Taraflı Bindirmeli Bağlantıları NaOH : Sodyum Hidroksit

E : Saf Epoksi Gr : Grafen Ag : Gümüş Cu : Bakır

KNT : Karbon Nanotüp LSM : Lap Shear Mukavemeti PAA : Fosforik Asit Anodizasyon SEM : Taramalı Elektron Mikroskobu TGA : Thermogravimetric Analiz DTA : Diferansiyel Termal Analiz Tg : Camsı Geçiş Sıcaklığı Tm : Erime Sıcaklığı

1. GİRİŞ

Günümüzde endüstriyel sistemlerinin ihtiyacı olan enerji tüketimini azaltmak için çeşitli yollar denenmektedir. Yakıtta tasarruf sağlamanın en önemli yöntemlerinden bir tanesi de bu sistemlerin ağırlığını azaltmaktır. Sistem elemanlarını birleştirmek için kullanılan cıvata, perçin ve kaynak gibi geleneksel bağlantı yöntemlerinin yerine daha hafif bir bağlantı şekli olan yapıştırıcıların kullanımı, sistemleri daha hafif hale getirmiştir (Özenç, 2007; Düzcükoğlu ve ark., 2015).

1900’lü yıllardan bu yana bitkisel esaslı yapıştırıcılar, kâğıt gibi gözenekli yüzeye sahip malzemelerin yapıştırılmasında kullanılırken, yaklaşık 50 yıl öncesine kadar hayvansal esaslı yapıştırıcılar, daha çok kullanılmaktaydı. Örneğin kasein yapıştırıcılar, I. Dünya Savaşı’nda ahşap uçak kontrüksiyonları için kullanılmış, ancak bu tip yapıştırıcıların neme karşı düşük mukavemet ve dirence sahip oldukları görülmüştür. Doğal ürünlerdeki gibi sınırlamaları olmayan ve metal malzemeleri metal olmayan gözeneksiz malzemelere bağlayabilen sentetik reçinelerin gelişmesinden dolayı, son zamanlarda endüstriyel alanlarda yapıştırıcıların kullanımında ivmeli artış meydana gelmiştir. Tarihte üretilen ilk sentetik reçine, kereste parçalarının birbirlerine yapıştırılmasında kullanılan fenol formaldehittir. II. Dünya Savaşı sırasında savaş uçaklarının gövdelerindeki yapısal metalik malzemelerin birleştirilmesi fenolik reçineler ve epoksi reçinelerin kullanılmasıyla havacılık alanında yapıştırıcılar önemli bir yer edinmiştir. Bu sayede yapılan ar-ge çalışmaları hızlanmış, gün geçtikçe dayanım ve şekil değiştirme kabiliyeti artırılıp ve yorulma dayanımları da iyileştirilerek servis ömürleri uzatılmıştır. Bunun yanında gün geçtikçe titreşim sönümleme kabiliyeti fazla olan ve daha esnek özelliklere sahip olan daha iyi yapıştırıcılar ve yapışma bağlantıları elde edilmiştir (Şekercioğlu, 2001).

Yapıştırıcılar, yüzeylere sürülüp katılaştırıldığında parçaları birbirine bağlama özelliğine sahiptir. Yapıştırıcılar birkaç farklı şekilde sınıflandırılabilir. Form açısından; tek bileşenli sıvı yapıştırıcılar, çok bileşenli sıvı yapıştırıcılar, film yapıştırıcılar ve köpükler gibi, fiziksel hallerine göre; metal-metal yapıştırıcılar, kâğıt yapıştırıcılar ve ahşap yapıştırıcılar olarak sınıflandırabilriz. Bu, malzemeye göre sınıflandırmaktır. Epoksi yapıştırıcılar, siyanoakrilit yapıştırıcılar ve polikloropen yapıştırıcılar da kimyasal formlarına göre sınıflandırmaya birkaç örnektir. Yapıştırma şartlarına göre sınıflandırmaya ise çözücü ile katılaşan yapıştırıcılar, soğuk katılaşan yapıştırıcılar ve

erimiş durumda uygulanan ve soğuyup sertleştiğinde yapışma sağlayan (hot-melt) yapıştırıcılar örnek gösterilebilir (Kinloch, 1987).

Özellikle son 20 yılda nano teknolojideki gelişmeler ile birlikte hafif ve yüksek dayanımlı malzemelerin ortaya çıkması hız kazanmıştır. Bu gelişmelerde özellikle bağlantı güvenilirliği uzun zaman peryodlarında gerekli olan havacılık, uzay, otomotiv, alt yapı sistemleri, deniz endüstrileri, tıp, spor, elektronik paketleme ve inşaat sektörlerinde polimer matrisli kompozit malzemelerin kullanımıyla, bu sektörlerde kullanılan araç ve gereçlerin birçoğunun daha dayanıklı ve hafif olarak üretilmesini sağlamıştır. Bu kompozit malzeme teknolojisindeki ilerlemeler ve kompozit malzeme üretim teknolojisinin gelişmesiyle beraber yapısal elemanların birleştirilmesi işlemlerinde de daha kullanışlı ve etkili yöntemlerin geliştirilmesi gerektiğini göstermiştir. Bu gereklilikle birlikte özellikle havacılık sektöründe mekanik birleştime yöntemlerinden uzaklaşılarak yapıştırma ile birleştirme yöntemlerine ilgi önemli ölçüde artış göstermiştir. Bu ilginin artışı, yapıştırma alanında önemli çalışmalar yapılmasını sağlamıştır. Yapılan çalışmaların başlıca amaçları etkili ve başarılı bir yapıştırma yapmak için gerekli olan parametreleri belirlemek ve bu parametrelerin optimum değerlerini bulmak üzerine yapılmıştır. Dolayısıyla bu parametrelerin bulunması ve kullanılırlığının denenmesi için birçok araştırma-geliştirme çalışmaları yapılmaktadır. Mühendislik alanında da bu konu ile ilgili birçok çalışma mevcuttur ve halen kullanılan yapıştırıcı türlerinin geliştirilmesine yönelik olarak çalışmalar yapılmaktadır.

Metaller mükemmel mekanik ve dayanım özelliklerinden dolayı en fazla tercih edilen malzemelerdir. Hâlbuki metallerin tasarımı büyük oranda korozyondan dolayı sınırlıdır. Korozyon, metallerin çevresel faktörler etkisinde bozulması olarak tanımlanabilir. Yapısal uygulamalarda kullanılan metallerin çoğu, oksijenli ortamlarda korozyona eğilimlidir ve bu eğilim yüksek sıcaklıklarda daha da artar. Korozyona uğrama oranı sulu ortamlarda daha hızlanır. Çünkü su, korozyonda birincil süreç olan elektrokimyasal reaksiyonlar için uygun bir ortam sağlar. Bisikletlerden köprülere, kovalardan büyük savaş gemilerine bütün yapıların çalışma ömürleri korozyon nedeniyle azalmaktadır(Ashby ve Jones, 1980). Mekanik borularla akışkanın taşındığı bir sistemde, borular korozyona uğradığı zaman, hasarlı bölgenin incelenmesi ve onarımı için sistem durur. Hasar fazla değilse, çoğunlukla onarım için kaynak tercih edilir ve kusurlu parça genellikle değiştirilir. Eğer hasar onarılamayacak kadar fazla ise, kusurlu parça kesinlikle değiştirilmelidir. Sistem onarım için dururken, zaman, işgücü ve onarım maliyeti gibi kayıplar oluşur. Ayrıca ekonomik kayıpların yanında kaynakla

onarımda patlama gibi tehlikeler söz konusudur. Mesela kusurlu bölge su altında akışkan taşınan bir taşıma ağında ise, kaynak yapmanın zorluğu daha da artar. Su altında kaynak, gemi teknolojisi gibi zor ve uğraştırıcı çevre şartlarında kaynak yapabilen teknik eleman gerektirir. Bunun gibi kaynak yapmadaki zorluklar ve ekonomik sebepler, yeni ve alternatif bir birleştirme ve onarım metodunu zorunlu kılmıştır (Lian, 1998).

Yapıştırıcıların geliştirilmesi ile beraber sadece hava ve karada kullanılan sistemlerde değil aynı zamanda deniz üstünde ve altında kullanılan sistemlere de yeni bir bakış açısı getirilmiştir. İngiltere’de, Denizcilik Araştırma Kurumu tarafından rapor edilen bazı araştırmalara göre Kuzey Denizinde kıyıdan çok uzaklarda, denizin ortasında yapıştırıcı kullanılarak çelik yapılar onarılmıştır (Bowditch ve ark., 1987). Bu tip onarımlarda yapıştırıcı kullanılmadan önce, bulk numunesi(mekanik özellikleri öğrenmek için çekme numunesi şeklinde kalıba dökülen yapıştırıcı malzemesi) yöntemiyle çalışmalar yapılarak yapıştırıcının mekanik özelliklerine çevre ve ortamın etkilerinin iyi bir şekilde araştırılması hedeflenmiştir. Yapıştırma bağlantıları, kullanılmadan önce bağlantı yapılacak koşullar iyi bir şekilde analiz edilmelidir. Bağlantının mukavemeti, maruz kalacağı yüke, uygun yapıştırıcı seçilmesine, yapıştırıcıya ait özelliklere, yapışma yüzeylerinin ön işlemlerine ve yapışma işleminin sağlıklı yapılıp yapılmadığına bağlıdır. Aksi takdirde yapıştırma bağlantılarının su altında veya su üstünde nasıl davranacağı bilinemez.

Yukarıda açıklanan durumlar göz önüne alınarak bu tez çalışmasında, üretilen yapıştırıcıların çekme numunelerinin (bulk) çekme dayanımı testleri ve tek taraflı bindirmeli bağlantılarının (TTBB) kayma dayanımı testleri yapılarak üretilen bu yapıştırıcıların mekanik özelliklerinin belirlenmesi ve üretilen yapıştırıcı numunelerin TGA ve DTA testlerinin yapılarak ısıl özelliklerinin belirlenmesi üzerinde çalışılması uygun görülmüştür.

2. KAYNAK ARAŞTIRMASI

1 ila 100 nanometre boyutundaki parçacıklara nanoparçacık adı verilmektedir(Hewakuruppu ve ark., 2013). Bu parçacıkların üretimi ve uygulama alanlarını inceleyen farklı disiplinlerin oluşturduğu bilim dalına da nanoteknoloji denilmektedir. Nanoparçacıklar, ham malzemeler ile atomik ya da moleküler boyuttaki yapılar arasında bir köprü oluşturmaktadır. Ham malzemelerde, malzeme boyutuna bakılmaksızın fiziksel özellikleri değişmezken nano boyuta inildiğinde boyuta bağlı olarak fiziksel özelliklerde değişiklikler gözlenmektedir. Bu yüzden malzemelerin fiziksel özellikleri, nano boyuta yaklaştıkça ve malzemenin yüzeyindeki atom yüzdesi önemli miktarda arttığı için değişmektedir. Bir mikrometreden daha geniş ham malzemeler için, yüzeydeki atom yüzdesi, malzemedeki atom sayısıyla ilişkisi önemsizdir. Nano boyutta olan malzemeler ise geniş bir yüzey alanına sahip olduğundan dolayı beklenmedik özellikler gösterebilmektedir. Nanoparçacıklar hem kuantum etkisi oluşturabilecek hem de kendi elektronlarını sınırlandırabilecek kadar küçük olduğundan dolayı beklenmedik optik özellikler göstermektedirler.

KNT'lerin ilavesi ile polimerin dayanımının arttırılmasında bir diğer önemli faktör, matris ile KNT'ler arasındaki yük aktarımının etkinliğidir. Matris ve KNT'ler arasındaki ara yüzey bağlanması, yük aktarımının etkin bir şekilde çalışması için çok önemlidir. Birçok araştırmacı KNT'lerin ilavesi ile matrisin dayanımının beklenin altında kalmasını bu etkene bağlamıştır(Nan ve ark., 2003; Weisenberger ve ark., 2003).

Yu ve ark. (2007), çok cidarlı karbon nanotüpler (ÇCKNT) takviye edilmiş epoksi yapıştırıcı ile bağlanmış alüminyum bağlantıların nemli ortamlarda mekanik davranışını ve dayanıklılıklarını incelenmiştir. Bununla beraber MWCNT (Multi Walled Carbon Nano Tube) takviye edilmiş epoksi yapıştırıcılar ile karbon grafit elyaflı epoksi kompozitleri yapıştırmış ve mekanik dayanımını incelemişlerdir. Yapılan çalışmada homojen bir yapıştırıcı hazırlanırken çok duvarlı karbon nanotüplerin ağırlıkça en fazla %1,4 değerinde olabileceğini tespit etmişlerdir.

Zhai ve ark. (2008), çelik yapıştırmak için epoksi yapıştırıcının içerisine nano Al2O3 ilave ederek epoksi yapıştırıcının mekanik özelliklerini geliştirmeyi hedeflemişlerdir. Çalışmalarında nano Al2O3 ile güçlendirilmiş epoksi yapıştırıcı ile saf epoksi yapıştırıcıyı karşılaştırmışlardır. Yüzeyler arası pürüzlülük ve yapıştırma oranının yapıştırma dayanımı üzerine etkilerini çekme deneyleri yapılarak ölçmüşlerdir. Saf epoksi ve nano Al2O3 ile güçlendirilmiş epoksi yapıştırıcı sonuçları

karşılaştırıldığında yapıştırma dayanımının saf epoksiye göre önemli ölçüde arttığını gözlemlemişlerdir. Yapılan çalışmada en iyi yapıştırma dayanımına sahip yapıştırıcının ağırlıkça %2 nano Al2O3 katkılı epoksi yapıştırıcı olduğu bulunmuştur. Ağırlıkça %2 nano Al2O3 katkılı epoksi yapıştırıcının çekme dayanımının saf epoksi ile karşılaştırıldığında dört kat daha fazla olduğu yapılan deneyler ile kanıtlanmıştır.

Grant ve ark. (2009), 0.1, 0.25 ve 0.4 mm kalınlıklarda, epoksi yapıştırıcılar ile birleştirilmiş alüminyum parçalarda elde ettikleri sonuçları paylaşmışlardır. Yapıştırıcı kalınlığının artmasıyla elde edilen tokluk artışını, lineer elastik kırılma mekaniği analizi ve deney sonuçları ile uyumlu bulmuşlardır (Kawashita ve ark., 2008). Epoksi yapıştırıcılar ile birleştirilmiş alüminyum parçalarda 0.1, 0.25 ve 0.4 mm yapıştırıcı kalınlıklarında elde ettikleri sonuçları karşılaştırmışlar, çalışmalarında yapıştırıcı kalınlığının artmasıyla elde edilen tokluk artışını, lineer elastik kırılma mekaniği analizi ve deney sonuçları ile uyumlu bulmuşlardır. Benzer bir çalışmada da yapıştırıcı kalınlığının 0.1 mm’den 0.3 mm'ye çıktığında kayma dayanımının lineer olarak azaldığını ve sebep olarak ise kalın yapıştırıcı tabakasında oluşan eğilme gerilmesinin olduğunu ifade etmişlerdir.

KNT'ler mükemmel mekanik özelliklere sahip olsalar da, bu özelliklerinden takviye elamanı olarak etkin bir şekilde yararlanabilmek için bazı zorlukların üstesinden gelmek gerekir. KNT'lerin polimer matris içerisinde homojen bir şekilde dağıtılması, nanotüplerin matris tarafından ıslatılarak matris ile ara yüz etkileşimin arttırılması, adhezyon gibi etkenler, karbon nanotüplerin takviye elemanı olarak göstereceği performansı etkileyen en önemli konulardır (Njuguna ve ark., 2007; Spitalsky ve ark., 2010).

Yoon ve ark. (2010), çalışmalarında epoksi reçine içerisinde E-cam elyaflarının oryantasyonu ve hacimsel oranlarıyla ilgili -150 ºC kriyojenik sıcaklıkta alüminyum yapıştırıcı bağlantılarının kırılma tokluğu ve çatlak direncini incelemişlerdir. İki farklı hızda test oranları kullanılarak, çift konsol kiriş yapıştırıcı bağlantılarında çatlak ilerlemesi eğilimi belirlenmiştir. Deneyler sonucunda, E-cam elyafları ile takviye edilmiş epoksi yapıştırıcı çift konsol kiriş bağlantılarında, sadece düşük çatlak ilerleme hızında kararlı çatlak ilerlemesi değil, aynı zamanda -150 °C kriyojenik bir sıcaklıkta güçlendirilmemiş epoksi yapıştırıcıyla, çift konsol kiriş bağlantılarıyla bağlanmış numunelerden daha yüksek kırılma tokluğu ve çatlak direnci gösterdiği ifade edilmiştir. Naito ve ark. (2012), bir poliimid yapıştırıcının kayma ve kopma gerilmelerinde yapıştırıcı kalınlığının etkisini incelemişlerdir. Kayma ve kopma gerilmesi testlerini, uç

uca ve bindirmeli bağlantı yaparak gerçekleştirmişlerdir. Yapıştırıcı olarak ticari poliimid ve yapışan olarak ise alüminyum 5052 alaşımı kullanmışlardır. Uç uca ekleme örneğinin çekme direnci, yapışma kalınlığının artmasıyla birlikte azaldığını gözlemişlerdir. Bindirmeli bağlantıda ise tam aksine yapıştırıcı kalınlığının artmasıyla çekme direncinin arttığını görmüşlerdir. Deneyler ve sonlu eleman analizleri ile sonuçları elde etmişlerdir. Sonlu eleman metoduyla lineer gerilme analizi, normal gerilmenin yapıştırıcı ve yapışan yüzeyler arasına yoğunlaştığını göstermektedir. Yüzeyler hakkında sonlu eleman analizi, yapıştırıcı kalınlığının etkisini iyi bir şekilde açıkladığını göstermişlerdir.

Numunelerin yüzeyler arası farklılıkları ve yapışma özellikleri ile ilgili epoksi yapıştırıcı kullanarak yapıştırma bağlantı noktalarının bozulmasına yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir (Kumar ve ark., 2013). Yaptıkları çalışmalarda kullanışlı bir yöntem olan ultrasonik metodu uygulamışlardır. Bağlantı noktalarının ultrasonik metottaki sapmaları, geniş spektrumda yansıması ile yapıştırmadaki bozunmanın kolaylıkla ölçülebileceğini göstermişlerdir. Ciddi yapıştırma bozunmaları yüzeyler arası hataların artmasına sebep olduğunu gözlemlemişlerdir. Bu araştırmalarla, minimum yansıma sıklığındaki değişim ile yapışma kuvveti arasında bir bağlantı olduğunu göstermişlerdir. Ayrıca deneysel verileri analitik modellemeyle de doğrulamışlardır.

Jojibabu ve ark. (2016), yapmış oldukları çalışmada, tek duvarlı karbon nanotüp katkılı, grafen katkılı ve çok duvarlı karbon nanotüp katkılı epoksi yapıştırıcıların reolojik özellikleri, termal kararlılığı ve kayma dayanımını incelemişlerdir. Çalışmalarında epoksi yapıştırıcısı içerisinde nano katkılar homojen olarak dağıtılmıştır. Çalışmalarında katkılı ve katkısız epoksi yapıştırıcının kayma dayanım davranışları gösterilmiştir. Nano parçacık katkılı epoksi yapıştırıcılar viskoplastik davranışlar sergilemişlerdir. Viskoplastik davranışları belirlemek için Casson’s analiz methodu kullanılmıştır. Nano parçacık katkılı epoksi yapıştırıcının TGA analizleri bu yapıştırıcının termal kararlılığının arttığını göstermiştir. Nano parçacık katkılı epoksi yapıştırıcının saf epoksi ile karşılaştırıldığında kayma dayanımının, ağırlıkça % 1 çok duvarlı karbon nanotüpte %53, ağırlıkça %0.5 grafende %49 ve ağırlıkça %0.5 tek duvarlı karbon nanotüp kullanımında %46 oranında arttığı bulunmuştur. Ağırlıkça %1’den büyük nano parçacık eklenmiş yapıştırıcılarda homojen karışım elde edilemediği için en fazla ağırlıkça %1 oranı baz alınmıştır.

Gültekin ve ark. (2016), tek tesirli bindirmeli bağlantılarda dört farklı yöntem kullanarak yapışkana nanopartikül ekleyerek elde edilen nanokompozit yapıştırıcının

çekme mukavemetini deneysel olarak belirlemeyi hedeflemişlerdir. Çalışma için, yapıştırılan malzeme olarak Al2024-T3 alüminyum alaşımı, nanoparçacık olarak grafen ve yapışkan olarak DP460 sıvı yapısal epoksi kullanılarak birleştirilmiş tek tesirli yapıştırma bağlantılarını üretmişlerdir. Deneylerden elde edilen hasar yükünü incelediklerinde, nano takviye yöntemlerinin yapıştırma bağlantılarının hasar yükü ve standart sapmanın üzerinde büyük etkisi olduğu literatürde gösterilmesine rağmen, bu çalışmada yapıştırma bağlantılarının hasar yükünü artıran ve standart sapmayı minimize eden yeni bir metod geliştirmişlerdir. Bu geliştirmelerin yapıştırma bağlantılarının güvenilirliğini ve tekrarlanabilirliğini artırdığını belirtmektedirler.

Leena ve ark. (2016), alüminyum alaşımların yüzeylerini hazırlamada üç farklı yöntem kullanarak, tek taraflı bindirmeli yapıştırma bağlantısında uygulamışlardır. Çalışmada amaç, yüzey hazırlama metotlarının yüzey morfolojisi, yüzey pürüzlülüğü ve yüzey enerjisi üzerindeki etkilerini incelemektir. Deneysel çalışma sonucunda, FPL (Forest Products Laboratory) dağlama yönteminin yapışma bağlantısının dayanımını en fazla artıran yöntem olduğunu ve FPL dağlamanın ıslatma davranışında olumlu katkı sağladığını tesbit etmişlerdir. Alüminyum/epoksi bağlantılarında, alüminyum alaşımlarının yüzeylerine uygulanan ön işlem, yapıştırıcı dayanımını etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Genellikle, çok sayıda alüminyum ön işlem prosedürleri vardır. Kimyasal işlemler arasında en yaygın olarak uygulanan yöntem kromik-sülfirik asitle dağlamadır.

Subramanian ve ark. (2016), Polidopamin (PDA), oksidatif polimerizasyon yoluyla asitle muamele edilmiş MWCNT veya saf MWCNT yüzeyi üzerinde kendiliğinden kaplanmışlardır. PDA modifiyeli MWCNT hibridlerinin epoksi / alüminyum bağlantılarının lap-shear kesme mukavemeti üzerindeki etkisi ve hata mekanizmaları sistematik olarak incelenmiştir. PDA / asitle modifiye edilmiş MWCNT hibriti sadece ağırlıkça % 0.5 iken, saf epoksi yapışkan ile karşılaştırıldığında % 100'den fazla bir oranda lap shear kesme mukavemetinde önemli bir artışa neden olurken, tek başına PDA ilavesi veya sadece asitle muamele edilmiş MWCNT'nin eklenmesi yalnızca marjinal değişime veya lap shear kayma mukavemetinde çok az bir artışa neden olduğunu gözlemlemişlerdir. PDA kaplanmış saf MWCNT hibriti de bağ mukavemetinde önemli ölçüde bir artışa neden olmakta, ancak daha az bir ölçüde elastikliğinin (uzama miktarının) artığını bulmuşlardır. Bu bulguların daha ileri analizi, önemli bağ mukavemeti artışının, ara yüze yapışmanın substratın ve yapışkanın yapışma mukavemetinin aynı anda geliştirilmesine bağlanabilir olduğunu ortaya koymaktadır.

Bu tür hibrit nano yapışkanlı sistemlerde yapıştırıcı özelliklerinin mekanik olarak anlaşılması, çeşitli uygulamalar için yeni nesil yapıştırıcılara yol açabileceğinden önemli olduğu düşünülmüştür.

Katkılı alüminyum bağlantıların mekanik performansı, tek taraflı bindirmeli (TTB) ve çift konsol kiriş (DCB) kullanılarak incelenmiştir (Ekrem ve Avcı, 2018).Nanofiber takviyelerin nano ve mikro ölçekli sertleştirici mekanizmalarını ortaya çıkarmak için, kırılma yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak analiz edilmiştir. Mod I kırılma tokluğu ve yapıştırıcı bağlanmış bağlantıların kayma dayanımının PVA nanofiberlerin epoksi yapıştırıcıya eklenmesiyle arttığı bulunmuştur.

Vertuccio ve ark. (2017), çok cidarlı karbon nanotüp (ÇCKNT) ve fonksiyonelleştirilmiş sıvı kauçuk bazlı yapıştırıcı tasarlanmış ve elektriksel iletkenliğini karakterize etmişlerdir. Elastomerik alanların, yapışkan formülasyonun esnekliğini ve mekanik performansını arttırmak için çok önemli bir rol oynadığını görmüşlerdir. Lap-shear testlerinden, matriste 25 phr elastomerik faz içeren numunelerde kayma dayanımlarının %69’lara varan artışlar gösterdiğini bulmuşlardır. Ayrıca sertleştirilmiş yapıştırıcıya ÇCKNT dahil edilmesi ile yapıştırıcının elektriksel iletkenliğinin ÇCKNT eklenmemiş olan yapıştırıcıya göre 11 kat daha iletkenlik sağladığı yapılan testlerde bulunmuştur. Bu sonuç ile araştırmayı yapanlar 11 kat gibi avantaj sağlayan yapıştırıcının ÇCKNT eklenmemiş yapıştırıcı ile karşılaştırıldığında, elektriksel iletkenliğin gerekli olduğu uygulamalarda kullanılmasının çok avantajlı olacağını ortaya koymuşlardır.

Trinidad ve ark. (2017), elektriksel olarak iletken yapıştırıcıların (ECAs) mekanik bağlanma dayanımı ve kalıntı çözücünün bağlanma mukavemeti üzerindeki etkisi, bakır kaplanmış bir FR-4 yüzeyi ve Lap-shear testi kullanılarak iletken yapıştırıcılar arasında incelenmiştir. Epoksi matrislerde çeşitli dolgu maddesi konsantrasyonları olan gümüş (Ag) ve sodyum dodesil sülfat (SDS) -düzenlenmiş grafen (Gr (s)) içeren solventsiz ve solvent destekli formülasyonlar hazırlanmış ve karşılaştırılmıştır. Çözücü madde içermeyen formülasyonlar içinde ağırlıkça % 0.75 Gr (s) 'nin katılması, Lap-shear mukavemetini (LSM) arttırırken, çözücü-destekli formülasyonlarda etanol solventi ve SDS kombinasyonu LSM'ni önemli ölçüde azaltığı bulunmuştur. Ek olarak, Ag içeriğinin arttırılmasının genellikle hem çözücüsüz hem de çözücüyle desteklenmiş formülasyonlar için LSM'ni düşürdüğü bulunmuştur. Her iki formülasyonunu ve yüzey profilometrisinin optik mikroskopi (SEM) kullanarak, yapısını ve arayüzünü inceleyerek, çözücüyle desteklenmiş formülasyonların, yapışma

yüzeyinde daha fazla boşluklar ve çözücü içermeyen formülasyonlara kıyasla materyal boyunca daha fazla kabarcık oluşumu sergilediğini bulmuşlardır. Bu nedenle, yapılan çözücü madde ile düzenlenmiş Grafenlerle doldurulmuş formülasyonlardaki değişik deneylerde LSM'nin önemli oranda düşüşleri, kürleme işlemi sırasında mikron aralığında kabarcık oluşumuna bağlanmıştır.

Severijns ve ark. (2017), yapıştırıcı destekli indüksiyon ile sertleştirilen yapıştırılmış bağlantıların kürlenme davranışı ve mekanik davranışları araştırılmıştır. Endüksiyon Isıtma (IH), demir partiküllerinin iki bileşenli bir epoksi macun yapıştırıcısı ile karıştırılmasıyla oluşturulmuştur. Partikül içeriği, kaplin mesafesi ve bobin akımı gibi farklı proses parametrelerinin IH kürleme prosesine etkisi, deneysel testler ve COMSOL çoklu analizinde indüksiyon ısıtma işleminin simülasyonu ile değerlendirilmiştir. Süreç simülasyonu, histerezis kayıplarının Demir partikülleri kullanılarak IH ısı üretimi için önemli bir katkısı olduğunu göstermiştir. Mekanik performans, cam elyaf katkılı plastik (GFRP) ile birlikte Demir partiküllerinin farklı hacim değerlerinde Lap-Shear kayma mukavemet (SLT) testi ile değerlendirilmiştir Yapıştırıcıya demir parçacıklarının eklenmesi, hacimce % 0.5'lik bir küçük parçacık içeriğinde bile % 15'lik kesme mukavemetinde bir azalmaya neden olduğu görülmüştür. Partikül içeriğindeki hacimce bir artış,% 7.5'e varan oranlarda, kesme kuvvetinde herhangi bir ilave azalmaya neden olmadığı bulunmuştur.

Scarselli ve ark. (2017), havacılık uygulamalarında kullanılan yapıştırıcıların mekanik özelliklerini geliştirmek için çalışmışlardır. Alüminyum alaşımları ile birlikte havacılık sektöründe kompozit malzemeler kullanılmaya başlandığından beri, hava araçlarının birincil yapıları için ana yapıları oluşturan malzemelerde yapıştırıcılara olan ilgi artmıştır. Kompozit matrisler olarak bir kaç polimerin mekanik özelliklerinin arttırılması için nano grafit kullanılmasının uygun olduğu belirlenmiştir Bu çalışmada tek taraflı bindirmeli tek yönlü kompozit laminatlar üretilmiştir. İki farklı yaklaşım tarzı ile üretilen numuneler saf epoksi yapıştırıcılı ve nano grafit katkılı epoksi yapıştırıcılı olarak üretilmiş, test edilmiş ve bulunan sonuçlar karşılaştırılmıştır. Epoksi reçine içinde homojen dağılmış nano grafitin etkileri deneysel olarak tek taraflı bindirmeli bağlantılarında çalışmışlardır. Yapıştırıcının mekanik özelliklerinin sürdürülebilir olarak geliştiği deneysel olarak çıkan sonuçlar ile ispatlanmıştır. Deney sonuçlarına göre nano grafit eklenmiş epoksinin kayma dayanımının % 18, kopma uzaması %29 ve kırılma kopma gerilmesinin %53 arttığı görülmüştür. Elde edilen sonuçlarla, yapıştırıcı ile

bağlanmış yapıların etkilerinin büyük bir potansiyel ile geliştirebileceği nano grafit katkılı yapıştırıcı deneyleri ile gösterilmiş ve önerilmiştir.

3. MATERYAL VE YÖNTEM

Tezin bu bölümünde, çalışmada kullanılan malzemelerin özellikleri, alüminyum levhaların yüzeylerinin hazırlanması, nanoparçacık katkılı epoksi esaslı yapıştırıcı üretilmesi, tek taraflı bindirmeli bağlantılarının hazırlanması ve çekme deneyi yapılacak numunelerin üretilmesi incelenmiştir.

Bu çalışmada, Alüminyum 2024-T3 alaşımdan oluşan levhalar kullanılarak yapılan tek taraflı bindirme bağlantılarının ve çekme numunelerinin mekanik ve termal özellikleri incelenmiştir. İlk önce saf epoksi reçinenin mekanik özelliklerini belirlemek için testler yapılmıştır. Yapıştırma dayanımını arttırmak için yapıştırıcı reçine içerisine değişik oranlarda nano parçacıklar ilave edilmiştir. Öncelikli olarak Çizelge 1.’de görülen değişik oranlardaki nanoparçacık eklenmiş epoksi esaslı yapıştırıcılar üretilmiş ve Al 2024-T3 levhalarının yapıştırma işlemi yapılmıştır. Sonra yapıştırılma işlemi yapılan Al 2024-T3 numunelerinin çekme deneyi yapılmış ve ayrıca çekme deneyleri sonucunda kopan numunelerden parçalar alınarak SEM, TGA ve DTA testleri yapılmıştır. Nano parçacık ile güçlendirilmiş epoksi reçinelerin mekanik özellikleri saf epoksinin mekanik özellikleriyle karşılaştırılmıştır. Bu analizler sonucunda epoksi esaslı Grafen ve KNT katkılı yapıştırıcıların mekanik özelliklerine göre en yüksek dayanım değerlerinin elde edildiği katkı oranları belirlenmiştir. Bu oranlar, Grafen ve KNT oranlarının arttırılarak ve azaltılarak değişik varyasyonlarında denenerek yapıştırıcının dayanımına olan etkisi gözlemlenmeye çalışılmıştır. Ardından, bulunan en iyi oranlar birlikte epoksi yapıştırıcıya eklenerek yeni epoksi esaslı yapıştırıcı numuneleri üretilmiş ve bu numunelerde aynı yöntemlerle incelenmiştir. Buradan bulanan en iyi değerli epoksi, Grafen ve karbon nanotüp yapıştırıcı numunesine değişik oranlarda bakır nanoparçacıklar eklenmiştir. Üretilen hibrid numunelerin çekme deneyleri yapılarak kopan parçalardan alınan örnek parçaların aynı şekilde SEM, TGA ve DTA testleri yapılmış ve saf epoksi yapıştırıcı ile kıyaslanmıştır. Buradan bulunan en iyi karışım oranlarındaki hibrid yapıştırıcıya değişik oranlarda gümüş nanoparçacık eklenmiştir. Üretilen numunelerde aynı şekilde incelenmiştir ve tezin ilerleyen bölümlerinde yapılan bütün analizler ve bulunan sonuçlar detaylı şekilde sunulmuştur.

Bu tez çalışmasında alüminyum alaşımlı malzemeden üretilen numunelerin nanoparçacık katkılı epoksi esaslı reçine ile tek taraflı bindirmeli yapıştırma bağlantılarının kayma dayanımı, üretilen çekme numunelerinin çekme dayanımı ve termal özellikleri incelenmiştir.

Çizelge 1’de yapıştırıcı numunelerine verilen isimler sunulmuştur. Numunelere isimler verilirken, üretilen yapıştırıcı içerisindeki nanoparçacıklar ve bunların yüzde ağırlık oranı esas alınmıştır. Burada grafen için Gr, çok cidarlı karbon nanotüp için KNT, bakır için Cu ve aluminyum için Al kullanılmıştır. Örneğin 050Gr numunesi ağırlıkça % 0.50 oranında grafen içeren epoksi bazlı yapıştırıcıyı temsil etmektedir. Tezin bundan sonraki kısımlarında bu çizelgede belirtilen numune isimleri kullanılacaktır.

Çizelge 1. Nanoparçacık ile güçlendirilmiş yapıştırıcı numuneleri Numune İsmi Ağırlıkça Karışım Oranı (%)

Gr KNT Ag Cu Epoksi + Sertleştirici E - - - - 100 025Gr 0.25 - - - Diğer 050Gr 0.50 - - - Diğer 075Gr 0.75 - - - Diğer 1Gr 1 - - - Diğer 025KNT - 0.25 - - Diğer 050KNT - 0.50 - - Diğer 075KNT - 0.75 - - Diğer 1KNT - 1 - - Diğer 015Gr015KNT 0.15 0.15 - - Diğer 015Gr025KNT 0.15 0.25 - - Diğer 015Gr050KNT 0.15 0.50 - - Diğer 025Gr015KNT 0.25 0.15 - - Diğer 025Gr025KNT 0.25 0.25 - - Diğer 025Gr050KNT 0.25 0.50 - - Diğer 050Gr015KNT 0.50 0.15 - - Diğer 050Gr025KNT 0,50 0.25 - - Diğer 050Gr050KNT 0.50 0.50 - - Diğer 015Gr015KNT1Ag 0.15 0.15 1 - Diğer 015Gr015KNT3Ag 0.15 0.15 3 - Diğer 015Gr015KNT5Ag 0.15 0.15 5 - Diğer 015Gr015KNT10Ag 0.15 0.15 10 - Diğer 015Gr-015KNT1Ag5Cu 0.15 0.15 1 5 Diğer 015Gr015KNT1Ag10Cu 0.15 0.15 1 10 Diğer 015Gr015KNT1Ag20Cu 0.15 0.15 1 20 Diğer

3.1. Çalışmada Kullanılan Malzemeler ve Özellikleri

3.1.1. Yapıştırıcı

Epoksi reçine, bir İsviçreli kimyager Dr. Pierre Castan tarafından icat edilmiştir ve 1939 yılında patent almıştır. İsviçreli şirket Ciba Geigy 1940'lardan itibaren epoksi üretimini ticari olarak yürütmektedir. Epoksi reçinelerinin, glisidil epoksi ve non-glisidil epoksi reçineleri olmak üzere iki ana kategorisi vardır. Glisidil epoksiler ayrıca glisidil eter, glisidil ester ve glisidil-amin olarak sınıflandırılır (Dunn, 2004).

Epoksi reçineler polimer matrisli kompozitlerde en yaygın kullanılan termoset plastiklerden biridir. Kısa sürede kürleşebilme ve kürleştiğinde ise başka ürünlerle reaksiyona girmeme gibi özelliklere sahiptir. Bu reçineler aynı zamanda kimyasal ve çevresel koşullara karşı iyi bir dirence, yalıtkanlık özelliğine ve iyi derecede yapışma özelliğine sahiptir. Genellikle bisfenol ve epiklorohidrin‘in reaksiyonu ile üretilmektedir. Epiklorohidrin‘in moleküler ağırlığının arttırılıp azaltılmasıyla farklı reçineler elde edilmektedir. Epoksi reçinelerin kürleştirilmesinde genellikle sertleştirici, aktivatör ve katalizör olarak bahsedilen ajanlar kullanılır. Bunlar genelde aminlerden oluşur. Amin nitrojenindeki her bir hidrojen reaktiftir ve kovalent bağlı bir epoksi halkasını açabilecek özelliktedir (Singla ve Chawla, 2010).

Bu çalışmada MGSTM LR285 laminasyon reçinesi ile MGSTM LH285 kürleştiricisi kullanılmıştır. Kullanılan reçine iki fazlı olup %80-90‘ı diglisidil eter bisfenol A ve %10-20‘si alifatik diglisidil eter karışımından oluşmaktadır. Kürleştiricinin ise %70-90‘i sikloalifatik amin ve %10-30‘u Polioksil alkil amin karışımından oluşmaktadır. Üretici firma (HEXION) tarafından oluşturulan kullanım talimatına göre ağırlıkça 100/40 oranında epoksi/kürleştirici karışımı oda koşullarında 2 ila 3 saatlik süre içerisinde kürleşmektedir. Epoksinin çizelge 2’de belirtilen çeşitli özellikleri Hexion firmasından temin edilmiştir.

Çizelge 2: MGS TM _{LR285 Epoksinin Mekanik Özellikleri} Yoğunluk (g/cm3_{) 1.18-1.20} Eğilme mukavemeti (MPa) 110-120 Çekme mukavemeti (MPa) 70-80 Basma mukavemeti (MPa) 120-140 Darbe mukavemeti (J) 45-55 Elastiklik modülü(GPa) 3.0-3.3 Kopma uzaması [%] 5.0-6.5

Bu çalışmadaki tek taraflı bindirmeli bağlantıların yapıştırılması işleminde kullanılan epoksi reçinenin bazı özellikleri yukarıda verildiği gibidir. Yapıştırma işlemi için yapıştırıcı hazırlama süreci ana hatlarıyla şu şekildedir: Öncelikle yapıştırıcı olarak kullanılacak olan epoksi reçine miktarı belirlenerek tartılmıştır. Sonrasında epoksi yapıştırıcıya eklenecek nanoparçacıklar tartılmıştır ve epoksi reçineye eklenmiştir. Üretilen reçine ultrasonik karıştırıcı yardımıyla karıştırılmıştır. Son olarak tartılan reçinenin içerisine 100/40‘ı oranında epoksi/kürleştirici tartılarak karıştırılmıştır. Karıştırma işlemi 5 dakika boyunca mekanik (elle) olarak gerçekleştirilmiştir. Bu işlemden sonra karışım içerisinde oluşan hava kabarcıklarını gidermek amacıyla oda

sıcaklığında vakum fırınında bekletilmiştir. Bu işlemden sonra yapıştırma işlemine geçilmiştir.

3.1.2. Yapıştırılan malzeme (Al 2024-T3)

Alüminyum 2024 T3, birincil alaşım elementi bakır olan bir alaşım türüdür. Ağırlık taşıma ve yorulma direnci yüksek olan uygulamalarda kullanılmaktadır. Ortalama bir işlenebilirliğe ve yalnızca sürtünme kaynağı ile kaynak yapılabilme özelliğine sahiptir. Düşük korozyon dayanımından dolayı, yorulma direncini azaltmasına rağmen Alüminyum ya da Al-Zn ile kaplanmaktadır (Parker ve ark., 2002). Genelde haddelenerek alüminyum kaplı plaka ve tabakalar haline getirilir (Avallone ve ark., 2006).

Bu çalışmada 1.62 mm kalınlığında alüminyum 2024-T3 levha kullanılmıştır. Bu malzeme yüksek dayanıma, işlenebilme özelliğine ve yüksek yüzey kalitesine sahiptir. Ayrıca bu alaşım yapısal uygulamalarda; uçak sanayii, otomotiv, askeri ve makine sektörlerinde, yaygın olarak kullanılır. Bu alaşım ve alaşımın özellikleriyle ilgili bilgiler Seykoç Alüminyum firmasından temin edilmiştir.

Çizelge 3: Al2024-T3 Malzemesinin kimyasal kompozisyonu

Bileşenler Al Cr Cu Fe Mg Mn Si Ti Zn

% Ağırlık 90.9-93.2 0.1 3.8-4.9 0.50 1.2-1.8 0.3-0.9 0.5 0.15 0.25

Çizelge 4: Al2024-T3 Malzemesinin mekanik özellikleri Akma Dayanımı (MPa) Çekme Dayanımı (MPa) Kopma Uzaması (%) Elastiklik Modülü (GPa) Posison Oranı Kayma Modülü (GPa) Mekanik Özellikler 348 450 18 73.1 0.33 28 3.1.3. Grafen

21. yüzyılın mucize malzemesi olarak bilinen grafen, tek bir atom kalınlığında iki boyutlu ve her biri karbon atomu olan altıgen yapıların bal peteği şeklinde birbirine bağlanmasıyla oluşmaktadır. Bu altıgen yapılar doğada Van Der Waals çekim kuvvetlerinden dolayı üst üste katmanlar şeklinde bulunur ve bu yapıya da grafit denir.

Elektronik cihazlarda kullanılmak üzere geniş çapta grafen üretimi önemli bir sorundur. Bu tür uygulamalarda makro ölçüde grafen üretimi grafit kristallerinden ve grafen oksitten elde edilmektedir fakat bu yöntemlerle üretilen grafenin elektrik

direncinin çok yüksek olduğu yapılan çalışmalarla görülmüştür. Buna bir alternatif olarak kimyasal buhar biriktirme yöntemi kullanılmaya başlanmıştır. Bu yöntemle üretilen grafen tabakası ise düşük elektrik direncine sahiptir. Aynı zamanda elastik ve geçirgendir. Grafenin bu özelliklerinden faydalanarak elektronik cihazlarda kullanılmaya başlanmıştır (Kim ve ark., 2009).

Üst düzeyde elektrik iletim özelliğine sahip olan grafen, sensör, pil teknolojisi, hidrojen depolama, transistor, optik gibi pek çok elektrik elektronik uygulamalarında kullanılmasının yanında üstün mekanik özelliklere de sahiptir. Tez çalışmasında kullanılacak olan grafen Nanografi firmasından temin edilmiştir.

2010 yılı nobel fizik ödülünün grafen hakkındaki ‘çığır açan deneyleri’ dolayısıyla Hollandalı Andre Geim ve Rus kökenli İngiliz vatandaşı Konstantin Novoselov’a verilmesi dikkatleri ‘mucize materyal’ olarakta bilinen bu malzeme üzerine çekmiştir. Grafenin dikkat çeken önemli özelliklerinden birisi de yüksek dayanıma sahip olmasıdır. Grafen içindeki elektronlar oda sıcaklığında kütlesiz rölativistik parçacıklar gibi davranır, bu sayede grafen kuantum boşluğu etkisi gibi kendine has özellikler sergiler. 0.142 nm uzunluğunda olan karbon-karbon bağlarının dayanımından dolayı grafen, 130 GPa kopma direnciyle şimdiye kadar keşfedilmiş en dayanıklı malzeme olarak adlandırılmıştır. Bunun yanı sıra her bir metre karesi ortalama 0.77 mg ağırlık özelliği ile en hafif malzemedir. 1 gram ağırlıktaki tek tabakalı grafen (bir atom kalınlığında olan grafen levhalar) yaklaşık olarak bir futbol sahasını kaplayacak şekilde alana sahiptir. Bu çalışmada kullanılan grafen malzemesinin temel özellikleri saflığı % 99.5, çapı 24 µm, özgül yüzey alanı 150 m2/g ve Elastisite modülü ise 0.5 TPa olarak tedarikçi firma olan Nanografi firması tarafından verilmiştir.

3.1.4. Karbon nanotüp

Karbon nanotüp’lerin (KNT) yapısı, tüp haline gelecek şekilde yuvarlatılmış bir grafen levha olarak düşünülebilir (Şekil 3.1.5.). Grafit C-C sp2 _{bağlarına sahiptir. Bu} bağlar elmasın sahip olduğu C-C sp3 _{bağlarından daha güçlüdür. Çünkü C-C sp}2 bağlarının boyları daha kısadır. Ancak, grafit tabakaları arasındaki nispeten çok zayıf olan van der Waals bağları, grafit tabakalarının birbirleri üzerlerinden kolaylıkla kaymasına izin verir. Nanotüpler tek cidarlı veya çok cidarlı yapılarda bulunabilmektedir ve çok cidarlı karbon nanotüpler (ÇCKNT’ler) basitçe eş merkezli tek cidarlı karbon nanotüplerden (TCKNT’ler) oluşmaktadır (Thostenson ve ark., 2001). TCKNT’ler, ÇCKNT’lere göre daha dayanıklıdır. Çünkü sadece bir grafit tabakasının yuvarlatılması ile oluşur (Fan, 2007). ÇCKNT'ler ise iç içe geçmiş eş merkezli tüpler olup bu tüplerin birbirleri içinden kayabilme ihtimalleri dayanımlarını düşürür (Lordi ve ark., 1999). KNT’lerin bir başka yapısı da fulleren, beşgen ve altıgenden oluşan, dışbükey kapalı kafes şeklindedir.

Çizelge 5: KNT’lerin Mekanik Özellikleri Çekme Dayanımı (GPa) Elastiklik Modülü (TPa) Yoğunluk g/cm3 % Uzama Elektrik İletkenliği (S/m) Mekanik Özellikler 10 - 60 1 1.3 - 2 10 10 6 _{– 10}7

Şekil 3.1.5. Bir grafen levhasından değişik yapılara sahip nanotüp oluşumunun şematik gösterimi a)Koltuk Tipi b) Zig-Zag Tipi c) Helisel Tip (chiral) (Thostenson ve ark., 2001; Ma ve ark., 2010)

KNT'ler hafif, dayanıklı, yüksek termal ve elektriksel iletkenliğe sahip nanomalzemelerdir ve Çizelge 5’de bu özellikleri özetlenmiştir. KNT'lerin özellikleri çaplarına, boylarına, yönlenmelerine, yüzeysel özelliklerine bağlıdır. Çizelge 3.1.5’de

c b

gösterilen mekanik özellikler tedarikçi firma olan Nanografi şirketinden temin edilmiştir.

Çizelge 6:Bazı nanomalzemelerin mekanik ve elektriksel özellikleri (Ma ve ark., 2010)

Özellikler Grafit Elmas Fulleren TCKNT ÇCKNT

Özgül ağırlık (g/cm3_{) 1.9–2.3 3.5 1.7 0.8 1.8} Elektrik iletkenliği (S/cm) 4000 p_,3.3c ₁₀-2 _-10-15 ₁₀-5 ₁₀2 _-106 ₁₀3 _-105 Elektron hareketliliği (cm2/ (V s)) 2.0104 1800 0.5-6 ~10 5 ₁₀4 _-105 Isı iletkenliği (W / (m K)) 298 p_{, 2.2}c _{900-2320 0.4 6000 2000}

Isıl genleşme katsayısı (K-1₎

-110-6p

2.910-5c (1~3) 10-6 6.210-5 önemsiz önemsiz

Havada termal

kararlılığı (°C) 450–650 <600 ~600 >600 >600

p: düzlem halde , c: tek eksende

Şekil 3.1.4: Kullanılan KNT’ün 20000 ve 40000 büyütmeli SEM görüntüleri

3.1.5.Gümüş nanoparçacık

Gümüş, parlak, beyaz ve değerli bir metalik element olmasıyla birlikte periyodik tabloda simgesi Ag olan elementtir. Kaynama noktası 1950 °C, ergime noktası 961.9°C,

atom ağırlığı 107.87 gram, atom numarası 47 ve özgül ağırlığı da 10.5 g/cm³'tür. Birleşiklerinin birçoğunda +1 değerliklidir. Gümüş; dövülebilen, esnek ve ışığı çok iyi yansıtan bir metaldir. Bir gram gümüşten 2 km uzunluğunda ince tel çekilebilir. Elektrik sistemde küp ve altıgen olarak kristallenir. Atmosferde oksitlenmeye karşı büyük bir dayanım gösterir.

Bakırdan daha zor, altından ise daha kolay oksitlenir. Asitlere ve birkaç organik maddeye karşı dayanıklıdır. Fakat nitrik asit ve derişik sıcak sülfürik asitte kolayca eritilir. Ayrıca kükürt ve birçok kükürt bileşikleriyle hemen birleşir. Gümüş eşya üzerindeki kararmanın sebebi, havadaki hidrojen sülfür ve yumurta gibi bazı yiyeceklerde bulunan kükürttür. Periyodik tabloda ağır metaller grubu içinde yer alan gümüşün, çoğu özellikleri bakırın özelliklerine benzemekle beraber bakır, çoğu bileşiklerinde iki değerlikli olması ile gümüşten farklıdır.

Gümüş nanoparçacık ise çeşitli yöntemlerle nano metre boyutunda üretilmiş parçacıklardır ve özellikleri kitle halindeki gümüşten oldukça farklıdır. Üretim sırasında birbirinden ayrılan atomik düzeydeki gümüşlerin bir araya gelip istiflenmeleri önlenmeye çalışılır. Bu çalışmada kullanılan gümüş nanoparçacıkların farklı büyütmelerdeki SEM görüntüleri Şekil 3.1.5’te sunulmuştur.

Şekil 3.1.5: Gümüş nanoparçacıkların 5000 ve 40000 büyütmeli SEM görüntüleri

3.1.6. Bakır nanoparçacık

Bakır bilinen en eski metallerden biridir. Periyodik cetvelde 1b grubunda bulunan bakırın atom numarası 29, atomik kütlesi 63.546 g/mol, ergime sıcaklığı 1083 °C, kaynama sıcaklığı 2595 °C ve yoğunluğu ise 8.96 g/cm3 _{’tür. Kırmızımsı renge}

sahip olan bakır metalinin elektrik iletkenliği çok yüksektir ve bütün metaller arasında gümüşten sonra ikinci sırada yer almaktadır. Geçiş metali olan bakır yüzey merkez kübik kristal yapısına sahiptir (Hostynek ve Maibach, 2006).

Metal nanoparçacıkları üzerine olan ilgi son zamanlarda oldukça fazladır. Bu ilginin sebebi bu nanoparçacıkların katalizör, manyetik kayıt ediciler ve elektronik gibi farklı alanlarda potansiyel kullanım alanlarına sahip olmalarıdır (Khanna ve ark., 2007). Birçok metal nanoparçacık arasında, bakır nanoparçacıklar sahip oldukları üstün katalitik, optik ve elektronik özelliklerden dolayı oldukça yoğun ilgi görmektedir (Park ve ark., 2007). Bakırın modern teknolojilerde kullanılan en önemli metallerden birisi olması da onun üzerine çekilen dikkatleri daha da arttırmaktadır. Ayrıca diğer metallerle de karşılaştırıldığında ucuz olması, kolay bulunabilir olması ve kullanım alanlarının geniş olması gibi avantajlarından ötürü nanoboyutlu bakır parçacıkları cazip hale gelmektedir (Dadgostar, 2008).

Bu çalışmada kullanılan bakır nanoparçacıklara ait SEM görüntüsü Şekil 3.1.6.‘da sunulmuştur.

Şekil 3.1.6. Bakır nanoparçacığa ait SEM görüntüsü

3.2. Yapıştırma, Yapıştırıcı Bağlantıları ve Yapıştırıcıların Kuramsal Temelleri

3.2.1. Yapıştırma

Yapışma, iki yüzey arasında oluşan bağlar vasıtasıyla malzemelerin birbirini çekmesi ve birbirlerini tutması olarak tarif edilebilir. Burada yapıştırıcı ile malzemelerin

temas eden yüzeyleri arasında bir bağ kuvveti oluşmaktadır. Bu bağları kimyasal veya fiziksel bağlar şeklinde açıklamak mümkündür (Özenç, 2007).

Yapıştırma bağlantıları, homojen bir yük iletimi ve gerilim dağılımı sağladığından yük taşıma performansları civata, perçin, kaynak ve lehime göre çok daha iyi olmaktadır.

İyi bir yapışma sağlanabilmesi; yapıştırıcının uygun seçilmesine, iyi bir bağlantı şeklinin belirlenmesine, yapıştırılacak yüzeyin fiziksel ve kimyasal özelliğine, yapıştırılan yüzeylerin ıslanabilirliğine ve yapıştırıcının kürleşme sürecine bağlıdır (Wang ve ark., 2012).

3.2.2. Yapıştırma bağlantıları

Yapıştırma yoluyla birleştirilecek parçaların bağlantı şekilleri özel olarak tasarlanmalıdır. Gerilme ve yükleri düşünmeksizin yapıştırma bağlantısını tasarlamak hatalıdır. Bağlantı tasarımı genelde iki ana faktöre bağlıdır:

• Çalışma sırasında bağlantının maruz kalacağı kuvvetlerin ve yüklerin yönüne, • Bağlantının oluşturulabilme kolaylığı ise parçaların imalat yöntemine (döküm, taşlama vb.) ve kullanılan malzemeye bağlıdır (Adin, 2007).

Uygun çalışma koşullarına bağlı olarak tasarlanmış yapıştırmalı bağlantının bir çok durumda civata, perçin vb. gibi bağlantılardan daha güvenli olduğu görülmektedir. Şekil 3.2.2 'de yapıştırma bağlantı tipleri gösterilmektedir.

Şekil 3.2.2: Yapıştırma bağlantı tipleri, (a) Tek taraflı bindirme bağlantısı, (b) Çift taraflı bindirme bağlantısı, (c) Pahlı bindirme bağlantısı, (d) açılı bindirme bağlantısı, (e) kademeli bağlantı, (f) Tek taraflı

katkılı alın bağlantısı, (g) Çift taraflı katkılı alın bağlantısı, (h) Alın bağlantısı, (i) Silindirik bindirmeli bağlantı, (j) Soyulma (Adams ve ark., 1997)

3.2.3. Yapıştırma bağlantılarında oluşan gerilmeler

Yükleme şartları, yapıştırıcı bağlantısının mukavemetinde son derece etkilidir. Yapıştırıcı ile birleştirilmiş bağlantılarda, yapıştırıcı üzerinden taşınan gerilme için çekme dayanımı yerine, kayma dayanımı şeklinde olması gerektiği belirtilmektedir. Yapıştırıcıların soyulma ve ayrılma şartlarında zayıf kaldığı ifade edilmektedir (Pfeiffer ve Abd El Salam Shakal, 1998). Yapışma bağlantıları genellikle; çekme, kayma, basma, yarılma ve ayrılma yüklerine maruz kalır. Yapışma bağlantıları çekme, kayma ve basma

yüklerine karşı mukavemetli olmalarına rağmen, yarılma ve ayrılma kuvvetlerine karşı zayıflatır (Morrisey ve Johnson, 1985).

Yapıştırma bağlantıları genel olarak çekme, çekme makaslama, kayma ve soyulma yüklerine maruz kalır. Yapıştırma bağlantı tasarımında, yapının hangi tip yüklemeye maruz kalacağı önceden tespit edilmelidir. Yükleme tipi belirlendikten sonra gerilme analizi yapılmalı, bunun için de yapışma düzlemindeki gerilme dağılımını temsil eden en uygun, basit bir model kurulması gerekir. Analitik, nümerik ve deneysel olmak üzere üç değişik yol ile gerilme analizi yapılabilir (Durmuş ve Ekrem, 2017).

Tek taraflı bindirmeli bağlantılarda sorunlardan biri üst üste binme uçlarındaki kayma ve soyulma gerilmelerinin yoğunlaşmasıdır. Yükleme esnasında yapıştırıcı arayüzeyi ile yapıştırılan malzemenin üst üstte bindirme uzunluğunda kayma dayanımı (τ) yapıştırma boyunca oluşmaktadır. Aynı zamanda üst üstte bindirme uzunluğunda dönmeden dolayı oluşan soyulma gerilmesi bağlantının uç kısmında en büyük çekme dayanımı, yapıştırmanın diğer ucunda ise basma gerilmesi şeklinde oluşur. Yapıştırma bağlantısının merkezinde ise soyulma (çekme-basma) gerilmesi sıfırlanmaktadır. Bağlantı dayanımından en yüksek verim elde edilmesi için bahsedilen bu gerilmeler göz önünde bulundurulmalıdır.

3.2.3.1. Kayma dayanımı

Kayma dayanımı, yapıştırılan malzemeyi ayırmak için zorlandığında yapıştırıcının düzleminde etkili olan kuvvetler ile oluşur. Kayma yükleri yapıştırılan alanın tümüne düzgün etki eder (Şekil 3.2.2.a). Bu tür yüklemede yapışma alanının tamamının etki altında olması bağlantı ömrünü arttırarak ekonomiklik sağlar ve pratikte yaygın olarak kullanılır. Mümkün olduğu yerlerde bağlantılar yükün büyük bir kısmı kayma yükü olarak iletilebilecek şekilde oluşturulmalıdır (Petrie, 1975).

3.2.3.2. Çekme ve basma gerilmeleri

Şekil 3.2.3.2 b’de görüldüğü gibi çekme gerilmesi, bağlantı düzlemine dik olarak etki eden tüm kuvvetler düzgün olarak dağıtıldığında oluşur. Ama bağlantıya sadece bu tür gerilmenin etkidiğinden emin olmak her zaman mümkün değildir. Yapıştırıcı dış kenarlarında yüksek gerilme bölgesi oluşur. Eğer bu kuvvetler eksenden kaçık olarak etkimekte ise o zaman yapışma alanına gerilmenin eşit yayılma avantajı

kaybolacak ve bağlantının bozulma ihtimali artacaktır. Önemli olan diğer bir nokta da yapıştırılan malzemenin kalın olması gerektiğidir. Maruz kaldığı yük etkisi ile fark edilir oranda bir makaslama oluşmamalıdır. Eğer durum böyle değilse o zaman gerilme dağılımı eşit olmayacaktır (Petrie, 1975; Temiz, 2003).

Şekil 3.2.3.2.: Gerilme tipleri (a) kesme (b) çekme (c) soyulma (d) çekme-makaslama

Basma yüklemesi altındaki bir yapıştırıcının başarısızlığı çok zordur, ancak düzensiz gerilim dağılımları nedeniyle zayıf noktalar çatlayabilir. Eğer basma kuvveti yeterince yüksek ve parçaların herhangi birinde hareket yoksa yapıştırıcı kohezyon olarak kopmadıkça, parçalar birbirlerine göre aynı konumda kalabilir.

3.2.3.3. Soyulma

Bu tür gerilmenin oluşması için yapıştırılan malzemelerden biri veya her ikisi de esnek olmalıdır (Şekil 3.2.3.2’deki c görüntüsü). Bu tür yüklemede bağlantı sınırında oluşan gerilme çok yüksektir. Bağlantı çok geniş veya yük düşük olmadıkça yapıştırma bağlantısı çabuk bozulacaktır. Mümkün oldukça bu tür yüklemeden kaçınılmalıdır.

3.2.3.4. Çekme-Makaslama gerilmesi

Şekil 3.2.3.2. d’deki tip yükleme, ekseriyetle eksenden kaçık çekme kuvvetinin veya momentinin sonucudur. Önceki gerilmelerin aksine bu gerilme, yapışma alanına

eşit olmayan şekilde etkimekte ve bağlantının bir tarafında yoğunlaşmaktadır. Bu gerilmeyi karşılamak için yeterli derecede yapışma alanına ihtiyaç vardır. Çekme veya kesme gerilmelerine göre bu alan daha fazla olduğu için bu tarz bağlantı tavsiye edilmez; çünkü maliyet artar (Adin, 2007).

3.2.3.5. Yapıştırma işleminde olası hasar mekanizmaları

Yapıştırma bağlantılarının veya yapıştırıcının mekanik özelliklerinin değişik yükleme şartlarında, tam anlamıyla belirlenebilmesi için hasar tiplerinin karakterize edilmesinin önemi büyüktür. Aynı zamanda temel hasar modelinin belirlenmesi, yapıştırma bağlantısına uygulanan mekanik testin sonuçlarının daha iyi anlaşılmasına ve hasar çeşitlerinin sınıflandırılmasına olanak verir. Bu bağlamda yapışma bağlantılarında adhezyon, kohezyon ve yapısal olmak üzere genel olarak üç tip hasar oluşumu görülmektedir.

Yapıştırma işleminde oluşabilecek olası hasar halleri Şekil 3.2.3.5’de gösterilmiştir. Şekil incelendiğinde (a)’da gösterilen hasarda yapıştırıcının kohezyon özelliklerinden yapıştırılan malzemeyle güçlü bir arayüze neden olan iyi bir yüzey hazırlamayla karakterize edilen kohezyon kırılmadır. Ayrıca kohezyon kırılma yapıştırıcı içerisinde zig-zag giderek daha fazla yol alacağından kırılma enerjisi fazla olacaktır. Buradan yola çıkarak kayma gerilmesi ve kırılma tokluğunun maksimum olacağını söylemek mümkündür. Şekil 3.2.3.5 (b)’de direk yapıştırılan malzeme kırılıp hasar görmüştür. Şekil 3.2.3.5 (c) yapıştırma hasarında, yapıştırıcı yüzeylere tam olarak yapışmamış ve tek bir yüzeyde kamıştır. Bu tür hasar mekanizmalarına adhezyon (arayüzey) kırılma mekanizmaları denilmektedir. Adhezyon kırılmalar genellikle yapışma yüzeylerinin zayıf hazırlanması sonucu olarak veya düşük yüzey enerjili yapıştırılan malzemeler yapıştırıldığında sıklıkla görülmektedir. Şekil 3.2.3.5 (d)’ hasarından yapıştırıcı arayüzeyleri tam olarak ıslatamamış ve düzgün bir yapıştırma elde edilemediğinden yapıştırılan parçanın bir yüzeyinde hiç yapıştırıcı malzeme yokken diğer yüzeyin bir kısmında yapıştırıcı tamamen yüzeyde kalmıştır ve ardından yapıştırıcıda kopma gözlenmiştir. Bunun başlıca sebebi yapıştırıcının yapıştırma yüzeyini iyi ıslatamadağından kaynaklandığı olarak düşünülmektedir. Şekilde gösterilen bu dört resim yapıştırma bağlantıları için oluşan başlıca hasar mekanizmaları olarak adlandırılmaktadır. Genellikle yapıştırma bağlantılarında yapıştırıcının yapıştırılan yüzeyleri tam olarak ıslatması ve testler sonucunda birbirinden ayrılan yüzeylerin

üzerinde orantılı bir şekilde dağılmış olarak kopması istenmektedir. Bu çalışmada üretilen yapıştırıcı numunelerinde yukarıdaki olası hasar mekanizmalarının oluşması göz önüne alınarak TTBB olacak şekilde üretilmiştir.

Şekil 3.2.3.5. Yapıştırma işleminde oluşan olası hasarlar

3.2.5. Yapıştırıcılara ilave edilen katkı maddeleri

Yapıştırıcılar organik ve inorganik esaslı maddelerin karışımından meydana gelebilirler. Çok az sayıdaki polimer, yalnız başına yapıştırıcı olarak kullanılmaktadır. Katkı maddelerinden amaçlanan, yapıştırıcıların atmosferik şartlara, yüke, düşük ve yüksek sıcaklıklara dayanımı ve tatbik edildiği malzemenin kullanım süreci boyunca kullanılmasıdır. Yapıştırıcı malzemelerinde ilave edilen katkı maddeleri:

Katalizörler ve sertleştiriciler Hızlandırıcı ve yavaşlatıcılar

Modifiye ediciler (dolgular, yumuşatıcılar, incelticiler, vb.) (Kaya, 2004).

3.2.6. Yapıştırmayı etkileyen faktörler